基于压电微机电系统的光学超表面

光学超表面可以在亚波长尺度上前所未有地调节多功能波前。然而，大多数完善的光学超表面是静态的，并且具有明确定义的光学响应，这些响应是由在其开发过程中设置的光学超表面配置决定的。迄今为止所研究的材料的动态配置通常显示出特定的限制和降低的可重构性。在现在发表在《科学进展》杂志上的一份新报告中，孟超和丹麦、挪威和的纳米技术、纳米光学和电子学研究团队将薄膜压电微机械系统(MEMS) 与间隙表面等离子体-基于光学超表面(OMS)。使用该设置，他们开发了一种电驱动的动态微机电系统-光学超表面平台，通过精细地驱动 MEMS 反射镜来调节相位以及反射光的幅度调制。使用该平台，他们展示了这些组件如何以高调制效率和快速响应提供与偏振无关的光束控制和二维聚焦。该平台提供灵活的解决方案，通过在可重构和自适应光网络​​和系统中的应用来实现二维波前规则的复杂动态。

光学超表面

光学超表面通常代表纳米结构元件的亚波长密集平面阵列，也称为超原子，旨在提供散射光场和局部相位调节。过去的许多应用已经证明了自由空间波前成形、通用偏振变换、光学涡流生成和光学全息。对于更智能和自适应的系统，包括光检测和测距(LIDAR) 以及自由空间光学跟踪和通信，或动态显示和全息术，非常需要开发光学超表面具有可重新配置的功能。在这项工作中，孟超和一个科学家团队将薄膜压电 MEMS(微机械系统)与基于间隙表面等离子体的光学超表面(OMS)相结合，开发出一个电驱动的动态 MEMS-OMS平台。在主要思想中，他们促进了传统的基于间隙表面等离子体的光学超表面，以形成可移动的背反射器。科学家们设计并开发了 OMS 和 MEMS 反射镜以识别处理路径，然后将它们组合起来以确保双方的设计自由度，同时降低开发过程中的复杂性。这项工作提供了一个具有超紧凑尺寸和低功耗的连续可调和可重新配置的 MEMS-OMS 平台。

实验

使用这个平台，孟等人。实验显示动态偏振独立光束转向和反射二维聚焦。他们用电驱动 MEMS 反射镜来调节 MEMS-CMS 距离，并显示出与偏振无关的动态响应，具有很高的调制效率。该器件在 800 nm 波长下工作，对于横向磁 (TM) 和横向电 (TE) 偏振，光束控制效率达到 40% 到 46%。所提出的器件保持金属-绝缘体-金属结构，该结构由放置在硅基板顶部的厚金层组成，以形成微机电系统反射镜，而玻璃基板上的金纳米砖二维阵列形成光学超表面(OMS) 结构。科学家们在设备中促进了提议的功能波长，并观察了反射相位响应的转换，以表明实现 MEMS-OMS 芯片的简单而直接的方法。

设计实验条件

然后，该团队设计了一个 MEMS-OMS 平台，使用单独设计的光学微透镜和印刷电路板上的超快 MEMS 反射镜来实现偏振无关的动态光束控制。该方法简化了开发过程，他们使用光学显微镜和扫描电子显微镜对实验装置的各个组件进行了表征。在装置的设计和制造之后，Meng 等人。使用多波长干涉法估计 MEMS 反射镜和 OMS 基板表面之间可实现的最小间隙。该值小至 100 nm，科学家们使用波长可调激光器和光学、偏振和成像组件表征了 MEMS-OMS 平台的性能。薄膜镜存活超过10年标准操作条件下11个周期来完成光学、电容和压阻传感，MEMS 器件还可以保持谐振频率而不不稳定。为了了解 MEMS-OMS 设备背后的动态聚焦机制，Meng 等人。电驱动镜子并观察直接物平面中相应的光学响应，并使用聚焦的入射光束验证聚焦效果。

外表

通过这种方式，Chao Meng 及其同事开发了一种电驱动的动态 MEMS-OMS 平台，该平台将薄膜压电 MEMS 反射镜与光学超表面相结合。该平台通过微驱动 MEMS 反射镜提供反射光的相位和幅度调制调制。科学家们设计并展示了在近红外波长范围内运行的 MEMS-OMS 设备，以记录快速和高效的功能。可以通过规避减小 MEMS反射镜之间间隙的要求来改进实验设置和 OMS 表面。Meng 等人使用在这项工作中开发的设备。实现了多样化的功能和动态可重构性能，以打开迷人的视角，实现高性能、动态控制的设备，在可重构和自适应光学系统中具有潜在的未来应用。

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